Біз өмір сүріп жатқан уақыт таңғажайып өзгерістермен, үлкен прогреспен ерекшеленеді, адамдар барған сайын жаңа сұрақтарға жауап алады. Өмір жылдам алға жылжуда және жақында мүмкін емес болып көрінген нәрсе орындала бастады. Бүгінде ғылыми фантастикалық жанрдағы сюжет сияқты көрінетін нәрсе де жақын арада шындықтың ерекшеліктеріне ие болуы әбден мүмкін.
ХХ ғасырдың екінші жартысындағы ең маңызды жаңалықтардың бірі нуклеин қышқылдары РНҚ және ДНҚ болды, соның арқасында адам табиғаттың құпиясын ашуға жақындады.
Нуклеин қышқылдары
Нуклеин қышқылдары – макромолекулярлық қасиеттері бар органикалық қосылыстар. Олар сутек, көміртек, азот және фосфордан тұрады.
Оларды 1869 жылы іріңді зерттеген Ф. Мишер ашқан. Алайда ол кезде оның ашқан жаңалығына аса мән берілмеді. Тек кейінірек, бұл қышқылдар барлық жануарлар мен өсімдіктер жасушаларында табылған кезде, олардың орасан зор рөлі туралы түсінік пайда болды.
Нуклеин қышқылдарының екі түрі бар: РНҚ және ДНҚ (рибонуклеин және дезоксирибонуклеин)қышқылдар). Бұл мақала рибонуклеин қышқылы туралы, бірақ жалпы түсіну үшін ДНҚ деген не екенін де қарастырайық.
Дезоксирибонуклеин қышқылы дегеніміз не?
ДНҚ – азотты негіздердің сутектік байланыстары арқылы комплементарлылық заңы бойынша қосылған екі тізбектен тұратын нуклеин қышқылы. Ұзын тізбектер спираль түрінде бұралған, бір айналымда онға жуық нуклеотидтер бар. Қос спиральдың диаметрі екі миллиметр, нуклеотидтер арасындағы қашықтық шамамен жарты нанометр. Бір молекуланың ұзындығы кейде бірнеше сантиметрге жетеді. Адам жасушасы ядросының ДНҚ ұзындығы екі метрге жуық.
ДНҚ құрылымында барлық генетикалық ақпарат бар. ДНҚ-да репликация бар, яғни бір молекуладан екі абсолютті бірдей еншілес молекула түзілетін процесті білдіреді.
Жоғарыда айтылғандай, тізбек нуклеотидтерден тұрады, олар өз кезегінде азотты негіздерден (аденин, гуанин, тимин және цитозин) және фосфор қышқылының қалдығынан тұрады. Барлық нуклеотидтер азотты негіздер бойынша ерекшеленеді. Сутектік байланыс барлық негіздер арасында болмайды, мысалы, аденин тек тиминмен немесе гуанинмен қосыла алады. Сонымен, организмде тимидил нуклеотидтері сияқты көп аденил нуклеотидтері бар, ал гуанил нуклеотидтерінің саны цитидил нуклеотидтеріне тең (Чаргафф ережесі). Бір тізбектің тізбегі екіншісінің ретін алдын ала белгілейді екен, ал тізбектер бір-бірін айнадай етіп көрсетеді. Екі тізбектің нуклеотидтері рет-ретімен орналасатын, сонымен қатар таңдамалы түрде байланысқан мұндай заңдылық деп аталады.толықтыру принципі. Қос спираль сутегі қосылыстарынан басқа гидрофобты түрде де әрекеттеседі.
Екі тізбек қарама-қарсы бағытта, яғни олар қарама-қарсы бағытта орналасқан. Демек, біреуінің үш' ұшына қарама-қарсы екінші тізбектің бес' ұшы орналасқан.
Сыртынан ДНҚ молекуласы бұрандалы баспалдақ тәрізді, оның қоршауы қант-фосфатты тірек, ал сатылары қосымша азот негіздері болып табылады.
Рибонуклеин қышқылы дегеніміз не?
РНҚ – рибонуклеотидтер деп аталатын мономерлері бар нуклеин қышқылы.
Химиялық қасиеттері бойынша ол ДНҚ-ға өте ұқсас, өйткені екеуі де нуклеотидтердің полимерлері, олар фосфорланған N-гликозид болып табылады, ол пентозаның (бес көміртекті қант) қалдығы негізінде құрылған, үстінде фосфат тобы бар. бесінші көміртек атомы және бірінші көміртегі атомындағы азот негізі.
Бұл бір полинуклеотидті тізбек (вирустарды қоспағанда), ол ДНҚ-дан әлдеқайда қысқа.
Бір РНҚ мономері келесі заттардың қалдықтары болып табылады:
- азот негіздері;
- бес көміртекті моносахарид;
- фосфор қышқылдары.
РНҚ-да пиримидин (урацил және цитозин) және пурин (аденин, гуанин) негіздері болады. Рибоза - РНҚ нуклеотидінің моносахариді.
РНҚ мен ДНҚ арасындағы айырмашылықтар
Нуклеин қышқылдары бір-бірінен келесі жолдармен ерекшеленеді:
- оның жасушадағы мөлшері физиологиялық күйіне, жасына және органның тиістілігіне байланысты;
- ДНҚ құрамында көмірсу бардезоксирибоза және РНҚ - рибоза;
- ДНҚ-дағы азотты негіз тимин, ал РНҚ-да урацил;
- сыныптар әртүрлі функцияларды орындайды, бірақ ДНҚ матрицасында синтезделеді;
- ДНҚ қос спираль, РНҚ бір тізбек;
- оның ДНҚ Chargaff ережелеріне тән емес;
- РНҚ-ның кіші негіздері көбірек;
- тізбектердің ұзындығы айтарлықтай өзгереді.
Оқу тарихы
РНҚ жасушасын алғаш рет неміс биохимигі Р. Альтман ашытқы жасушаларын зерттеу кезінде ашқан. ХХ ғасырдың ортасында ДНҚ-ның генетикадағы рөлі дәлелденді. Содан кейін ғана РНҚ түрлері, қызметтері және т.б. Жасушадағы массаның 80-90% дейін белоктармен бірге рибосоманы құрайтын және ақуыз биосинтезіне қатысатын рРНҚ-ға түседі.
Өткен ғасырдың алпысыншы жылдары ақуыз синтезі үшін генетикалық ақпаратты алып жүретін белгілі бір түр болуы керек деген пікір алғаш рет айтылды. Осыдан кейін гендердің комплементарлы көшірмелерін білдіретін осындай ақпараттық рибонуклеин қышқылдары бар екені ғылыми түрде анықталды. Оларды хабаршы РНҚ деп те атайды.
Тасымалдау қышқылдары деп аталатындар оларда жазылған ақпаратты декодтауға қатысады.
Кейіннен нуклеотидтер ретін анықтау және қышқылдық кеңістікте РНҚ құрылымын орнату әдістері жасала бастады. Сондықтан олардың кейбіреулері рибозим деп аталатын полирибонуклеотидтік тізбектерді үзетіні анықталды. Нәтижесінде планетада тіршілік пайда болған кезде, деп болжана бастады. РНҚ ДНҚ және белоктарсыз жұмыс істеді. Оның үстіне барлық өзгертулер оның қатысуымен жасалды.
Рибонуклеин қышқылы молекуласының құрылымы
РНҚ-ның барлығы дерлік полинуклеотидтердің бір тізбегі болып табылады, олар өз кезегінде монорибонуклеотидтерден – пуриндік және пиримидиндік негіздерден тұрады.
Нуклеотидтер негіздердің бастапқы әріптерімен белгіленеді:
- аденин (A), A;
- гуанин (G), G;
- цитозин (C), C;
- урацил (U), U.
Олар үш және бес фосфодиэфирлі байланыстармен байланысты.
РНҚ құрылымына нуклеотидтердің ең әртүрлі саны (бірнеше ондаған мыңнан ондаған мыңға дейін) кіреді. Олар негізінен толықтырушы негіздер арқылы түзілетін қысқа екі жіпті жіптерден тұратын қосалқы құрылым құра алады.
Рибнуклеин қышқылы молекуласының құрылымы
Айтылғандай, молекула бір тізбекті құрылымға ие. РНҚ өзінің екінші реттік құрылымы мен пішінін нуклеотидтердің бір-бірімен әрекеттесуі нәтижесінде алады. Бұл полимер, оның мономері қанттан, фосфор қышқылының қалдығы мен азоттық негізден тұратын нуклеотид болып табылады. Сыртқы жағынан молекула ДНҚ тізбегінің біріне ұқсайды. РНҚ құрамына кіретін аденин мен гуанин нуклеотидтері пурин болып табылады. Цитозин мен урацил - пиримидиндік негіздер.
Синтез процесі
Синтезделетін РНҚ молекуласы үшін үлгі ДНҚ молекуласы болып табылады. Рас, рибонуклеин қышқылының матрицасында дезоксирибонуклеин қышқылының жаңа молекулалары пайда болған кезде де кері процесс жүреді. Мұндайвирустардың белгілі бір түрлерінің репликациясы кезінде пайда болады.
Биосинтездің негізі рибонуклеин қышқылының басқа молекулалары ретінде де қызмет ете алады. Оның жасуша ядросында болатын транскрипциясы көптеген ферменттерді қамтиды, бірақ олардың ішіндегі ең маңыздысы РНҚ полимераза болып табылады.
Көрулер
РНҚ түріне байланысты оның функциялары да ерекшеленеді. Бірнеше түрі бар:
- ақпараттық i-РНҚ;
- рибосомалық рРНҚ;
- т-РНҚ тасымалдау;
- кіші;
- рибозимдер;
- вирустық.
Ақпараттық рибонуклеин қышқылы
Мұндай молекулалар матрица деп те аталады. Олар жасушадағы жалпы санның шамамен екі пайызын құрайды. Эукариоттық жасушаларда олар ДНҚ шаблондары бойынша ядроларда синтезделеді, содан кейін цитоплазмаға өтіп, рибосомалармен байланысады. Әрі қарай, олар ақуыз синтезінің шаблондарына айналады: олар аминқышқылдарын тасымалдайтын трансфер РНҚ-ларымен қосылады. Ақуыздың бірегей құрылымында жүзеге асатын ақпараттық түрлену процесі осылай жүреді. Кейбір вирустық РНҚ-да ол хромосома болып табылады.
Джейкоб пен Мано - бұл түрді ашқандар. Қатты құрылымға ие емес, оның тізбегі қисық ілмектер құрайды. Жұмыс істемейді, i-РНҚ қатпарларға жиналады және бүктеледі және допқа айналады және жұмыс күйінде ашылады.
i-РНҚ синтезделіп жатқан ақуыздағы аминқышқылдарының реті туралы ақпаратты тасымалдайды. Әрбір амин қышқылы генетикалық кодтарды пайдаланып белгілі бір жерде кодталған:
- үштік - төрт мононуклеотидтен алпыс төрт кодон құруға болады (генетикалық код);
- қиылыспау - ақпарат бір бағытта қозғалады;
- үздіксіздік - жұмыс принципі бір мРНҚ бір белок болып табылады;
- әмбебаптық - аминқышқылдарының бір немесе басқа түрі барлық тірі организмдерде бірдей кодталған;
- дегенерация - жиырма аминқышқылдары белгілі және алпыс бір кодон, яғни олар бірнеше генетикалық кодтармен кодталған.
Рибосомалық рибонуклеин қышқылы
Мұндай молекулалар жасушалық РНҚ-ның басым көпшілігін, атап айтқанда жалпы санының сексен-тоқсан пайызын құрайды. Олар белоктармен қосылып, рибосомалар түзеді – бұл белок синтезін жүзеге асыратын органеллалар.
Рибосомалар алпыс бес пайыз рРНҚ және отыз бес пайыз белоктан тұрады. Бұл полинуклеотидтер тізбегі белокпен бірге оңай бүктеледі.
Рибосома аминқышқылдары мен пептидтік аймақтардан тұрады. Олар жанасу беттерінде орналасқан.
Рибосомалар жасушада еркін қозғалады, ақуыздарды қажетті жерлерде синтездейді. Олар өте нақты емес және мРНҚ-дан ақпаратты оқып қана қоймай, олармен матрица құра алады.
Рибонуклеин қышқылын тасымалдау
т-РНҚ ең көп зерттелген. Олар жасушалық рибонуклеин қышқылының он пайызын құрайды. РНҚ-ның бұл түрлері арнайы ферменттің арқасында аминқышқылдарымен байланысады және рибосомаларға жеткізіледі. Сонымен бірге аминқышқылдары көлікпен тасымалданадымолекулалар. Дегенмен, әртүрлі кодондар амин қышқылын кодтайды. Содан кейін оларды бірнеше тасымалдау РНҚ тасымалдайды.
Ол белсенді емес кезде допқа айналады, бірақ беде жапырағы сияқты жұмыс істейді.
Онда келесі бөлімдер ерекшеленеді:
- АКС нуклеотидті тізбегі бар акцепторлық дің;
- рибосомаға қосылуға арналған сайт;
- осы тРНҚ-ға қосылған амин қышқылын кодтайтын антикодон.
Рибонуклеин қышқылының кіші түрлері
Жақында РНҚ түрлері шағын РНҚ деп аталатын жаңа класспен толықтырылды. Олар эмбриональды дамуда гендерді қосатын немесе өшіретін, сондай-ақ жасушалардағы процестерді басқаратын әмбебап реттеушілер болуы мүмкін.
Рибозимдер де жақында анықталды, олар РНҚ қышқылы ашыған кезде белсенді қатысады, катализатор ретінде әрекет етеді.
Қышқылдардың вирустық түрлері
Вирус құрамында рибонуклеин қышқылы немесе дезоксирибонуклеин қышқылы болуы мүмкін. Сондықтан сәйкес молекулалары бар олар РНҚ бар деп аталады. Мұндай вирус жасушаға енген кезде кері транскрипция жүреді - вирустың болуын және көбеюін қамтамасыз ететін жасушаларға біріктірілген рибонуклеин қышқылының негізінде жаңа ДНҚ пайда болады. Басқа жағдайда комплементарлы РНҚ-ның түзілуі келіп түсетін РНҚ-да жүреді. Вирустар – белоктар, тіршілік әрекеті мен көбеюі ДНҚсыз, тек вирустың РНҚ-дағы ақпарат негізінде ғана жүреді.
Репликация
Ортақ түсінікті жақсарту үшін бұл қажетЕкі бірдей нуклеин қышқылының молекуласын түзетін репликация процесін қарастырайық. Жасушаның бөлінуі осылай басталады.
Ол ДНҚ-полимеразаларды, ДНҚ-тәуелді, РНҚ-полимеразаларды және ДНҚ лигазаларын қамтиды.
Көшіру процесі келесі қадамдардан тұрады:
- деспирализация – бүкіл молекуланы басып алатын аналық ДНҚ-ның дәйекті түрде ыдырауы жүреді;
- сутектік байланыстардың үзілуі, онда тізбектер алшақтайды және репликациялық айыр пайда болады;
- dNTP-терді ата-аналық тізбектердің босатылған негіздеріне реттеу;
- пирофосфаттардың dNTP молекулаларынан бөлінуі және бөлінетін энергия есебінен фосфородиэфирлік байланыстардың түзілуі;
- тыныс алу.
Аналық молекула пайда болғаннан кейін ядро, цитоплазма және қалғандары бөлінеді. Осылайша, барлық генетикалық ақпаратты толығымен алған екі аналық жасуша пайда болады.
Сонымен қатар, жасушада синтезделетін белоктардың бастапқы құрылымы кодталады. Бұл процесте ДНҚ тікелей емес, жанама түрде қатысады, ол ДНҚ-да белоктардың, түзілуге қатысатын РНҚ синтезі жүреді. Бұл процесс транскрипция деп аталады.
Транскрипция
Барлық молекулалардың синтезі транскрипция кезінде жүреді, яғни белгілі бір ДНҚ оперонынан генетикалық ақпаратты қайта жазу. Процесс кейбір жағынан репликацияға ұқсас, ал басқаларында мүлдем басқаша.
Ұқсастықтар келесі бөліктер:
- ДНҚ деспирализациясынан басталады;
- сутегінің жарылуы орын аладытізбектердің негіздері арасындағы байланыстар;
- Оларға қосымша NTFs;
- сутегі байланыстары түзіледі.
Репликациядан айырмашылығы:
- Транскрипция кезінде ДНҚ-ның транскриптонға сәйкес бөлігі ғана бұралмайды, ал репликация кезінде бүкіл молекула бұралмайды;
- транскрипцияланған кезде реттелетін NTF-тер тиминнің орнына рибоза мен урацилді қамтиды;
- ақпарат белгілі бір аймақтан ғана есептен шығарылады;
- молекула түзілгеннен кейін сутегі байланыстары мен синтезделген тізбек үзіліп, тізбек ДНҚ-дан сырғып кетеді.
Қалыпты жұмыс істеуі үшін РНҚ-ның негізгі құрылымы тек экзондардан көшірілген ДНҚ бөлімдерінен тұруы керек.
Жетілу процесі жаңадан түзілген РНҚ-да басталады. Үнсіз аймақтар кесіледі, ал ақпараттық аймақтар полинуклеотидтік тізбекті құру үшін біріктіріледі. Әрі қарай әр түрдің өз өзгерістері бар.
i-RNA-да бастапқы ұшына бекіту орын алады. Полиаденилат соңғы жерге бекітілген.
TRNA негіздері кіші түрлерді қалыптастыру үшін өзгертілген.
РРНҚ-да жеке негіздер де метилденеді.
Белоктарды жойылудан қорғаңыз және цитоплазмаға тасымалдануын жақсартыңыз. Жетілген РНҚ олармен байланысады.
Дезоксирибонуклеин және рибонуклеин қышқылдарының маңызы
Нуклеин қышқылдарының ағзалар тіршілігінде маңызы зор. Оларда сақталады, цитоплазмаға тасымалданады және еншілес жасушалар арқылы тұқым қуалайдыәрбір жасушада синтезделген белоктар туралы мәліметтер. Олар барлық тірі организмдерде болады, бұл қышқылдардың тұрақтылығы екі жасушаның да, бүкіл организмнің де қалыпты жұмыс істеуі үшін маңызды рөл атқарады. Олардың құрылымындағы кез келген өзгерістер жасушалық өзгерістерге әкеледі.
